DE102009022598A1 - Human eye's absolute measuring value determining method, involves reconstructing medium of eye by local scaling factors such that two-dimensional or three-dimensional representation of medium of eye comprises absolute measuring values - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung absoluter, hochgenauer Messwerte der bekannten Merkmale der Strukturen eines Auges, insbesondere dessen Retina und Vorderkammer.The The present invention relates to a method for determining absolute, highly accurate measurements of the known features of the structures of an eye, especially its retina and anterior chamber.
Zur Bestimmung der bekannten Merkmale der Strukturen eines Auges gibt es im Stand der Technik eine Reihe bekannter Verfahren und Messgeräte, wobei sich hierzu vor allem Ultraschallmessgeräte und optische Messgeräte auf der Basis kurzkohärenter Verfahren durchgesetzt haben.to Determining the known features of the structures of an eye there in the prior art, a number of known methods and measuring devices, for this purpose, especially ultrasound and optical Measuring instruments based on short-coherent methods have enforced.
Bei den Ultraschallgeräten gibt es zwei verschiedene Ausführungsformen, die entweder nach dem sogenannten „A-Scan”-Prinzip oder nach dem „B-Scan”-Prinzip arbeiten. Während der A-Scan nur eine Messung in axialer Richtung, d. h. in die Tiefe vorsieht, erfolgt beim B-Scan eine zusätzliche Messung in transversaler Richtung. Das Ultraschallverfahren erfordert grundsätzlich direkten Kontakt zum Auge.at There are two different embodiments of the ultrasound devices either according to the so-called "A-Scan" principle or work on the "B-scan" principle. While the A-scan only one measurement in the axial direction, d. H. in depth, An additional measurement in transversal takes place during B-scan Direction. The ultrasound procedure basically requires direct contact with the eye.
In
der
Die spezifischen Nachteile von Ultraschallgeräten liegen zum einen in einer geringeren Genauigkeit und zum anderen in der Notwendigkeit des direkten Kontaktes zum Auge, welcher immer ein Risiko für die Übertragung von Infektionen beinhaltet und zum anderen ist es erforderlich das Auge für die Messwertbestimmung zu anästhesieren. Da bei Ultraschallgeräten eine Ausrichtung auf die Sehachse des Auges nicht automatisch erfolgt, sind bei Bedarf spezielle Mittel dafür vorzusehen.The specific disadvantages of ultrasound devices lie to one in a lesser accuracy and on the other in need direct contact with the eye, which is always a risk to involves the transmission of infections and the other it is necessary the eye for the measured value determination to anesthetize. As with ultrasound machines a Alignment to the visual axis of the eye is not automatic, If necessary, special resources should be provided for this purpose.
Analog zu den Ultraschallgeräten, bei denen anhand der akustischen Signale Bilder der Strukturübergänge rekonstruiert werden, werden bei den optischen Messgeräten auf der Basis kurzkohärenter Verfahren optische Bilder der Strukturübergänge als zweidimensionale Tiefenschnittbilder dargestellt. Als kurzkohärentes Messverfahren hat sich hierbei das sogenannte OCT-Verfahren (OCT = optical coherence tomography) durchgesetzt, bei dem kohärentes Licht mit Hilfe eines Interferometers zur Entfernungsmessung reflexiver und streuender Materialien eingesetzt wird. Die optische Kohärenztomographie am menschlichen Auge liefert beim Scan in die Tiefe, aufgrund der Änderungen im Brechungsindex an allen optischen Grenzflachen messbare Signalantworten.Analogous to the ultrasound machines, where by the acoustic Signals images of the structure transitions reconstructed be based on the optical gauges short coherent method optical images of the structure transitions represented as two-dimensional depth sectional images. As short-coherent Measuring method has in this case the so-called OCT method (OCT = optical coherence tomography), in which coherent Light with the help of an interferometer for distance measurement reflexive and scattering materials is used. Optical Coherence Tomography at human eye delivers depth when scanning, due to changes measurable signal responses in the refractive index at all optical interfaces.
Das
beispielsweise in
Bei den in der Ophthalmologie verwendeten OCT-Verfahren haben sich zwei verschiedene Typen durchgesetzt. Zur Bestimmung der Messwerte wird beim ersten Typ der Referenzarm in der Länge verändert und kontinuierlich die Intensität der Interferenz gemessen, ohne dass dabei das Spektrum berücksichtigt wird. Dieses Verfahren wird als „Time Domain”-Verfahren bezeichnet. Bei dem anderen, als „Frequency Domain” bezeichneten Verfahren, wird hingegen zur Bestimmung der Messwerte das Spektrum berücksichtigt und die Interfe renz der einzelnen spektralen Komponenten erfasst. Deshalb spricht man einerseits vom Signal in der Zeitdomäne (Time Domain) und andererseits vom Signal in der Frequenzdomäne (Frequency Domain).at The OCT methods used in ophthalmology have two enforced different types. To determine the measured values, the first type of reference arm changed in length and continuously measured the intensity of the interference, without taking the spectrum into account. This Procedure is referred to as "time domain" method. In the other, called "Frequency Domain" Method, on the other hand, the spectrum is determined to determine the measured values and the interference of the individual spectral Components detected. Therefore one speaks on the one hand of the signal in the time domain and, on the other hand, the signal in the frequency domain.
Der Vorteil des „Frequency Domain”-Verfahrens liegt in der einfachen und schnellen simultanen Messung, wobei vollständige Informationen über die Tiefe ermittelt werden können, ohne bewegliche Teile zu benötigen. Dies erhöht die Stabilität und die Geschwindigkeit.Of the Advantage of the "Frequency Domain" method lies in the simple and fast simultaneous measurement, being complete Information about the depth can be determined without requiring moving parts. This increases the stability and the speed.
Das „Frequency Domain”-Verfahren lässt sich in Abhängigkeit der verwendeten Lichtquelle in simultane und sequentielle Verfahren unterteilen. Das simultane, eine breitbandige Lichtquelle erfordernde Verfahren wird auch als „(Parallel) Spectral Domain”-Verfahren bezeichnet, wobei das sogenannte „Fourier(Transform)”-Verfahren eine weitere Untergruppe darstellt. Im Gegensatz dazu wird beim simultanen Verfahren eine durchstimmbare Lichtquelle mit veränderlicher Wellenlänge verwendet, wobei das sequentielle „Frequency Domain”-Verfahren wird auch als ”Swept source”-Verfahren bezeichnet wird.The "Frequency Domain "method is dependent the light source used in simultaneous and sequential procedures divide. The simultaneous, requiring a broadband light source Procedure is also called "(Parallel) Spectral Domain" procedure wherein the so-called "Fourier (Transform)" method represents another subgroup. In contrast, at the simultaneous Process a tunable light source with variable Wavelength, where the sequential "Frequency Domain "method is also called" swept source "method referred to as.
Im Gegensatz dazu lässt sich das „Time Domain”-Verfahren in Abhängigkeit des verwendeten Detektors in simultane und sequentielle Verfahren unterteilen, wobei stets eine breitbandige Lichtquelle verwendet wird. Während beim simultanen „Time Domain”-Verfahren der aufgeweitete Messstrahl auf ein Dioden-, CCD- oder CMOS-Array fällt, wird der Messstrahl beim sequentiellen „Time Domain”-Verfahren über einen interferometrischen Strahlteiler und einen verschiebbaren Spiegel im Referenzarm auf eine einfache, hochempfindliche Diode gelenkt. Dieses Verfahren wird auch als „en-face”-OCT bezeichnet.In contrast, the "time domain" method can be used depending on the used Divide the detector into simultaneous and sequential methods, always using a broadband light source. While in the simultaneous "time domain" method, the expanded measuring beam falls on a diode, CCD or CMOS array, the measuring beam in the sequential "time domain" method via an interferometric beam splitter and a movable mirror in the reference arm to a simple, steered highly sensitive diode. This process is also referred to as "en-face" OCT.
Der große technologische Vorteil der OCT ist die Entkopplung der Tiefenauflösung von der transversalen Auflösung. Im Gegensatz zur Mikroskopie kann dadurch die dreidimensionale Struktur des zu untersuchenden Gegenstandes erfasst werden. Die rein reflexive und damit berührungslose Messung ermöglicht die Erzeugung mikroskopischer Bilder von lebendem Gewebe (in vivo).Of the Great technological advantage of OCT is the decoupling the depth resolution of the transverse resolution. In contrast to microscopy, this allows the three-dimensional structure of the object to be examined. The purely reflexive and thus non-contact measurement allows the Generation of microscopic images of living tissue (in vivo).
In
Publikationen von
Die
Verwendung des Fouriertransformations-Verfahrens speziell zur Messung
intraokularer Distanzen entlang einem Einzelstrahl durch die Pupille
wurde von
In
der
Ein
Verfahren bei dem dreidimensionale Bilder der Retina aus En-face
OCT Aufnahmen synthetisiert werden können, wurde von
Ein
Parallel-OCT Verfahren, welches ebenfalls einen Stufen-Referenzspiegel
nutzt, ist in der
Ein ähnliches,
auf piezoelektrischem Phase-Shifting Phasenmessung beruhendes Verfahren, ist
Inhalt der
Ein
konventionelles OCT-Verfahren zur Bestimmung der Abmessungen der
vorderen Augenabschnitte, unter Verwendung einer Spaltlampe und
eines Handgerätes, wurde von
Bei
den optischen Messgeräten auf der Basis kurzkohärenter
Verfahren wird das Interferometerprinzip nach dem Dualbeamverfahren
genutzt. Dieses Verfahren ist berührungslos und arbeitet
mit derzeit höchster Genauigkeit. Auf diesem Messprinzip
basierende Lösungen werden beispielsweise beschrieben in
Die
in den beiden Schriften
Die
in der
Die
in den beiden Schriften
Nach
dem Stand der Technik ist ein weiteres, nichtinvasives, diagnostisches
bildgebendes Verfahren bekannt, bei dem ein konfokales Scanning-Laser-Ophthalmoskop
(cSLO) Verwendung findet. Nach
Als Ergebnis sowohl der OCT-Verfahren als auch der konfokalen Verfahren erhält man genaue Werte von axialen Abständen in optischen Weglängen. Während die Abweichungen bei den OCT-Verfahren unterhalb der Kohärenzlänge liegen, sind die Abweichungen bei den konfokalen Verfahren, je nach Qualität der Streulichtunterdrückung zwar etwas schlechter, liegen jedoch ebenfalls noch im unteren μm-Bereich. Somit wird von diesen Verfahren eine ausreichend gute Auflösung von Medien am Auge, wie z. B. von Blutgefäßen gewährleistet.As a result of both the OCT methods and the confocal methods, accurate values of axial distances in optical path lengths are obtained. While the deviations in the OCT method are below the coherence length, the deviations in the confocal methods, depending on the quality of the scattered light suppression, although something worse, but are also still in the lower micron range. Thus, a sufficiently good resolution of media on the eye, such. B. of blood vessels guaranteed.
Die Brechungsindizes der optischen Medien wie z. B. der Hornhaut, des Kammerwassers, der Linse und des Glaskörpers sind gut bekannt und beispielsweise im Modell des Gullstrand-Auges definiert.The Refractive indices of the optical media such. B. the cornea, the Aqueous humor, the lens and the vitreous are well known and defined, for example, in the model of the Gullstrand eye.
Bei den nach dem Stand der Technik bekannten Lösungen werden durch mehrere, nebeneinander gelegte, sogenannte Tiefenscans Schnittbilder der Medien des Auges bis hin zu 3D-Darstellungen erzeugt. Tiefen- oder A-Scans, zur Erzeugung von Schnittbildern des Auges in Richtung dessen optischer Achse, liefern exakte Messwerte, unabhängig davon ob der Scan entlang der optischen Achse (Tiefen- bzw. A-Richtung) oder am Pupillenrand erfolgt. Die Umrechung der ermittelten optischen Weglängen in Weglängen in Luft erfolgt über den Brechungsindex der jeweiligen optischen Medien.at become the known prior art solutions through several, side by side, so-called depth scans sectional images the media of the eye generated up to 3D representations. in-depth or A-scans, to create cross-sectional images of the eye in the direction its optical axis, provide accurate readings, regardless whether the scan along the optical axis (depth or A direction) or at the pupil edge. The conversion of the determined optical Path lengths in path lengths in air take place via the refractive index of the respective optical media.
Nachteilig wirkt sich bei den bekannten Lösungen allerdings aus, dass optische Fehler am Auge, wie beispielsweise Fehlsichtigkeit, Astigmatismus oder auch örtliche Defekte dazu führen, dass die Schnittbilder in lateraler Richtung Verzerrungen ausweisen können. Diese Verzerrungen sind lokal und individuell für jedes menschliche Auge.adversely affects in the known solutions, however, that optical defects on the eye, such as refractive error, astigmatism or even local defects cause the sectional images can show distortions in the lateral direction. These Distortions are local and individual to each human Eye.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lösung zu entwickeln, mit der die Nachteile des bekannten Standes der Technik behoben werden, so dass eine absolute Bestimmung von Größen am Auge auch in laterale Richtung mit hoher Genauigkeit erfolgen kann und die biometrischen, zwei- oder auch dreidimensionalen Darstellungen auf absoluten, fehlerfreien Messwerten basieren.Of the present invention is based on the object, a solution to develop, with the disadvantages of the known prior art be fixed, so that an absolute determination of sizes on the eye also in the lateral direction with high accuracy can and the biometric, two- or three-dimensional representations based on absolute, error-free measured values.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.According to the invention the object by the features of the independent claims solved. Preferred developments and refinements are Subject of the dependent claims.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Bestimmung absoluter Messwerte eines Auges, basierend auf absoluten Messdaten lokaler Tiefen- bzw. A-Scans sowie bekannter Strukturen der Medien eines Auges, werden bekannte Geometriemerkmale der Strukturen der Medien des Auges die mit den aus den Messdaten der lokalen Tiefen- bzw. A-Scans rekonstruierten Geometriemerkmalen verglichen, aus den ermittelten Abweichungen der Geometriemerkmale lokale Skalierungsfaktoren bestimmt und mit deren Hilfe die Medien eines Auge so rekonstruiert, dass 2D- oder 3D-Darstellungen der Medien eines Auges in alle Richtungen absolute Messwerte aufweisen.at the method according to the invention for the determination absolute measurements of an eye, based on absolute measurement data local depth or A-scans as well as known media structures of an eye, become known geometry features of the structures of Media of the eye with the data obtained from the local depth data. or A-scans of reconstructed geometric features compared, from the determined deviations of the geometry features local scaling factors determined and with the help of which the media of an eye so reconstructed that 2D or 3D representations of the media of an eye in all directions have absolute readings.
Das beschriebene Verfahren dient der absoluten, hoch genauen Bestimmung von Größen am Auge, sowohl in axialer als auch in lateraler Richtung. Daraus resultierende möglich biometrische, zwei- oder auch dreidimensionalen Darstellungen basieren somit auf absoluten, fehlerfreien Messwerten.The described method is the absolute, highly accurate determination of sizes on the eye, both in axial as well in lateral direction. Resulting in possible biometric, Two- or three-dimensional representations are thus based on absolute, error-free measured values.
Für das Verfahren ist es unerheblich, wie die für die Bestimmung erforderlichen lokalen Tiefen- bzw. A-Scans erzeugt werden. Somit kann das beschriebene Verfahren prinzipiell auch angewendet werden, wenn die für die Bestimmung erforderlichen lokalen Tiefen- bzw. A-Scans mit einem Ultraschallgerät, einem Scanning-Laser-Ophthalmoskop, einer Funduskamera o. ä. erzeugt werden.For The procedure is irrelevant, as for the determination required local depth or A-scans are generated. Consequently the described method can in principle also be used, if the local depths required for the determination or A-scans with an ultrasound device, a scanning laser ophthalmoscope, a fundus camera o. Ä. Are generated.
Als optische Verfahren bieten sich hierbei sowohl das OCT-Verfahren als auch das konfokale Messverfahren an, die genaue Werte von axialen Abständen im Auge und somit exakte optische Weglängen liefern. Während die Abweichungen bei OCT-Verfahren unterhalb der Kohärenzlänge liegen, sind diese bei konfokalen Verfahren, in Abhängigkeit von der Qualität der Streulichtunterdrückung, etwas größer als bei den OCT-Verfahren, liegen jedoch ebenfalls im unteren μm-Bereich und sind somit völlig ausreichend.When Optical methods offer both the OCT method as well as the confocal measuring method, the exact values of axial Distances in the eye and thus exact optical path lengths deliver. While the deviations in OCT procedures below are the coherence length, these are confocal Method, depending on the quality of Stray light suppression, slightly larger than in the OCT method, but are also in the lower micron range and are therefore completely sufficient.
Durch die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind unabhängig von dem verwendeten ophthalmologischen Messgerät verschiedenste Messaufgaben realisierbar, wie beispielsweise:
- – Vermessung des Nervenfaserkopfes zur Glaukomdiagnose,
- – näherungsweise Volumenmessungen von Ödemen und anderen Pathologien,
- – Nervenfaserschichtdickenmessungen und Darstellung,
- – Gefäßdiagnostik,
- – Blutflussgeschwindigkeitsmessungen oder auch
- – Kammerwinkel- und Vorderkammertiefenmessung zur Anpassung von Intraokularlinsen (IOL).
- Measurement of the nerve fiber head for glaucoma diagnosis,
- - approximate volume measurements of edema and other pathologies,
- - Nerve fiber layer thickness measurements and representation,
- - vascular diagnostics,
- - Blood flow velocity measurements or also
- - Chamber angle and anterior chamber depth measurement for adjustment of intraocular lenses (IOL).
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben.The Invention will be described below with reference to embodiments described in more detail.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Bestimmung absoluter Messwerte eines Auges, basierend auf absoluten Messdaten lokaler Tiefen- bzw. A-Scans sowie bekannter Strukturen der Medien eines Auges, werden bekannte Geometriemerkmale der Strukturen der Medien des Auges, mit den aus den Messdaten der lokalen Tiefen- bzw. A-Scans rekonstruierten Geometriemerkmalen verglichen, aus den ermittelten Abweichungen der Geometriemerkmale lokale Skalierungsfaktoren bestimmt und die Medien eines Auge mit deren Hilfe so rekonstruiert, dass 2D- oder 3D-Darstellungen der Medien eines Auges in alle Richtungen absolute Messwerte aufweisen.at the method according to the invention for the determination absolute measurements of an eye, based on absolute measurement data local depth or A-scans as well as known media structures of an eye, become known geometry features of the structures of Media of the eye, with those from the measured data of the local depth or A-scans of reconstructed geometric features compared, from the determined deviations of the geometry features local scaling factors determined and reconstructed the media of an eye with their help so that 2D or 3D representations of the media of an eye in all directions have absolute readings.
Die bekannten Geometriemerkmale der Strukturen der Medien eines Auges werden hierbei aus den Messdaten der lokalen Tiefen- bzw. A-Scans innerhalb eines kleinen Volumens rekonstruiert.The known geometric features of the structures of the media of an eye become from the measurement data of the local depth or A-scans within reconstructed a small volume.
Am menschlichen Auge sind Gewebeeigenschaften vorhanden, die sich örtlich charakterisieren lassen und typische Strukturen aufweisen. Diese typischen Strukturen werden bei einer optisch fehlerhaften Abbildung sichtbar verändert. Fehlerhafte Verzerrung können somit quantitativ erfasst und mit einem lokalen Skalierungsfaktor ausgeglichen werden. Mit .lokal” bzw. „innerhalb eines kleinen Volumens” ist damit ein Volumen definiert, welches mindestens ein Geometriemerkmal einer Struktur eines Mediums eines Auges vollständig beinhaltet.At the Human eye tissue properties are present locally be characterized and have typical structures. These typical structures are at a visually faulty figure visibly changed. Erroneous distortion can thus quantified and with a local scaling factor be compensated. With "local" or "within a small volume "is defined as a volume which is at least one geometry feature of a structure of a medium of an eye completely.
Als Strukturen der Medien eines Auges werden vorzugsweise Blutgefäße, Stäbchen bzw. Zäpfchen oder auch Nervenzellen verwendet.When Structures of the media of an eye are preferably blood vessels, Chopsticks or suppositories or nerve cells used.
Dabei weisen die Gefäße als typische Struktur in Form von Arterien und Venen an der Retina im Allgemeinen einen runden Querschnitt bzw. bei schrägen Schnittbildern einen elliptischen Querschnitt auf. Durch Extraktion des Gefäßbaumes lässt sich der Winkel der Ausrichtung der Gefäße zur optischen Achse des Auges bestimmen. Gefäße die parallel zur optischen Achse des Auges verlaufen, weisen somit bei Schnittbildern eine kreisrunde Form auf.there have the vessels as a typical structure in shape of arteries and veins at the retina in general a round Cross section or oblique sectional images an elliptical Cross-section on. By extraction of the vascular tree can be the angle of orientation of the vessels determine the optical axis of the eye. vessels which run parallel to the optical axis of the eye, thus have in sectional images on a circular shape.
Bei auftretenden, lokalen Verzerrungen weisen die Gefäße in den Bildern der Tiefen- bzw. A-Scans eine von der kreisrunden Form abweichende Form aus. In diesem Fall wird ein Verzerrungsfaktor so lange variiert, bis der Gefäßschnitt kreisrund ist.at occurring, local distortions indicate the vessels in the images of the depth or A-scans one of the circular Shape deviating shape. In this case, a distortion factor varies until the vessel section is circular.
Bei Gefäßen die schräg zur optischen Achse verlaufen, weisen die typischen Strukturen elliptische Querschnitte, mit einem definierten Achsverhältnis auf.at Vessels that run obliquely to the optical axis, The typical structures have elliptical cross sections, with one defined axis ratio.
Auftretende, lokale Verzerrungen führen zu Abweichungen von diesem definierten Achsverhältnis, die sich ebenfalls mit Hilfe lokaler Verzerrungsfaktoren korrigieren lassen.occurring, local distortions lead to deviations from this defined one Axis ratio, which also uses local distortion factors have it corrected.
Vorzugsweise werden für eine Mittelung des lokalen Skalierungsfaktors mehrere Gefäße aus einer lokalen Umgebung bestimmt. Dies ist insbesondere von Nutzen, wenn die typischen Strukturen statistische Abweichungen von der typischen Struktur aufweisen.Preferably are used for averaging the local scale factor determined several vessels from a local environment. This is especially useful if the typical structures have statistical deviations from the typical structure.
Mit Hilfe der ermittelten Skalierungsfaktoren können in den Darstellungen der Diagnoseergebnisse optische Abbildungsfehler des Auges korrigiert werden. In einer praktikablen Umsetzung der Korrektur einer 2D Darstellung wird jeder Teilbereich mit einem Faktor individuell skaliert; vorzugsweise erfolgt eine Unterteilung in X- und Y-Richtung. Man erhält eine Matrix von Skalierungsfaktoren, wobei jedem Element der Matrix ein Bildbereich der zu skalierenden Aufnahme zugeordnet ist. Für 3D Aufnahmen erhält diese Matrix eine weitere Dimension. Ebenso sind Zuordnungen in Polarkoordinaten vorstellbar.With Help of the determined scaling factors can be found in the Representations of the diagnostic results optical aberrations of the To be corrected. In a practicable implementation of the correction In a 2D representation, each subarea is individualized with a factor scales; Preferably, a subdivision takes place in the X and Y directions. One obtains a matrix of scaling factors, each element the matrix assigned an image area of the recording to be scaled is. For 3D shots, this matrix gets one another dimension. Likewise, assignments in polar coordinates are conceivable.
In einer besonderen Ausgestaltung erfolgt die Ermittlung der lokalen Skalierungsfaktoren aus den Abweichungen der Geometriemerkmale durch Optimierungsrechnung. Dabei werden die Skalierungsfaktoren so lange variiert, bis die rekonstruierten Geometriemerkmale mit den bekannten, vorgegebenen Geometriemerkmalen übereinstimmen. Die für die Optimierungsrechnungen erforderlichen Geometriemerkmale können hierbei beispielsweise aus OCT- oder auch konfokalen Aufnahmen stammen.In In a particular embodiment, the determination of the local Scaling factors from the deviations of the geometry features by optimization calculation. The scaling factors are varied until the reconstructed geometric features with the known, predetermined Geometry features match. The for the Optimization calculations required geometry features can Here, for example, come from OCT or confocal recordings.
Die lokalen Skalierungsfaktoren werden zumindest für einen lokal begrenzten Bereich ermittelt, die der Größe der zum Vergleich ausgewählten Strukturen der Medien des Auges entsprechen.The local scaling factors are at least for one localized area determines the size the structures of the media selected for comparison Correspond to the eye.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung werden vorzugsweise 25, mindestens jedoch 9 lokale, gleichmäßig verteilte Skalierungsfaktoren durch Vergleich und Optimierungsrechnung ermittelt. Die Bestimmung zusätzlich, dazwischen liegender Skalierungsfaktoren erfolgt mit Hilfe bekannter Interpolationsverfahren.In a further advantageous embodiment are preferably 25, at least 9 local, evenly distributed Scaling factors determined by comparison and optimization calculation. The determination of additional intervening scaling factors takes place with the aid of known interpolation methods.
Obwohl die Genauigkeit der rekonstruierten 2D- oder 3D-Darstellungen der Medien eines Auges durch eine möglichst große Anzahl der durch Vergleich und Optimierungsrechnung ermittelten Skalierungsfaktoren erhöht werden kann, hat sich gezeigt, dass die Anzahl von 25 durchaus ausreichend ist. Zusätzliche Skalierungsfaktoren können durch Interpolation wesentlich schneller ermittelt werden.Even though the accuracy of the reconstructed 2D or 3D representations of the Media of an eye through the largest possible Number of calculated by comparison and optimization calculation Scaling factors can be increased, it has been shown that the number of 25 is quite sufficient. additional Scaling factors can be significant through interpolation be determined faster.
Es versteht sich von selbst, dass Skalierungsfaktoren in Abhängigkeit der abzubildenden Medien des Auges jeweils neu zu ermitteln sind, da die unterschiedlichen Medien nicht zwingend gleiche Strukturmerkmale aufweisen. Für die Ermittlung lokaler Skalierungsfaktoren für unterschiedliche Medien des Auges sind entsprechend unterschiedliche Strukturen für deren Ermittlung auszuwählen.It It goes without saying that scaling factors depend on the media of the eye to be imaged are each to be newly determined, because the different media do not necessarily have the same structural features exhibit. For determining local scaling factors for different media of the eye are appropriate to select different structures for their determination.
Unter Umständen kann es auch vorkommen, dass die Medien des Auges an der betreffenden Stelle keine geeignete Struktur aufweist. In diesem Fall kann der Skalierungsfaktor an einer benachbarten Stelle ermittelt und interpoliert werden. In engen Grenzen ist es sogar möglich, dass der so ermittelte Skalierungsfaktor extrapoliert wird.Under It may also happen that the media of the eye has no suitable structure at the point concerned. In In this case, the scaling factor may be at an adjacent location be determined and interpolated. In narrow limits, it is even possible that the scaling factor thus determined extrapolates becomes.
Bereits ermittelte Skalierungsfaktoren zur Korrektur von Verzerrung können mit einfachen, optischen Modellen des Auges auf andere Bereiche des Auges übertragen werden. So lässt sich beispielsweise mit der Abbildungsgleichung der lokale Skalierungsfaktor, der anhand der Arterien und/oder Venen in der Retina bestimmt wurde, auf das davor liegende Nervengewebe übertragen.Already determined scaling factors for Correction of distortion can be transferred to other areas of the eye with simple, optical models of the eye. For example, with the imaging equation, the local scaling factor, which was determined on the basis of the arteries and / or veins in the retina, can be transferred to the nerve tissue lying in front of it.
Aus den ermittelten lokalen Verzerrungen und dem ebenfalls bekannten optischen Aufbau des Auges lassen sich typische optische Fehler des Auges, wie beispielsweise Fehlsichtigkeit und Astigmatismus ermitteln und dem jeweiligen Patientenauge zuordnen.Out the detected local distortions and the well-known optical structure of the eye can be typical optical errors of the eye, such as ametropia and astigmatism determine and assign to the respective patient's eye.
Da die ermittelten, individuellen optischen Fehler von Patientenaugen somit auch anderen ophthalmologischen Geräten zugänglich gemacht werden können, können diese auch für die absolute Korrektur von Fundusbildern Verwendung finden.There the determined, individual optical errors of patient eyes thus also accessible to other ophthalmic devices These can also be done for to use the absolute correction of fundus images.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung werden den Medien des Auges externe und/oder molekulare Marker zugesetzt, die als bekanntes Geometriemerkmal dienen.In a particularly advantageous embodiment, the media of the Auges external and / or molecular markers added as known Serve geometry feature.
Während externe Marker separate Stoffe sind, die in den menschlichen Stoffkreislauf eingebracht werden, gehen molekulare Marker nach dem Einbringen chemische Bindungen mit vorhandenen Körpersubstanzen ein.While External markers are separate substances that enter the human material cycle are introduced, molecular markers go after introduction chemical bonds with existing body substances.
Dabei sind die einzubringenden Marker so auszuwählen, dass diese mit dem verwendeten Messverfahren erfasst und aufgelöst werden können. Für die Messung mit einem OCT-Verfahren wären Marker der Größenordnung 5 μm bis in den 1/10 mm-Bereich sinnvoll. Außerdem sollen die Marker ein geeignetes Streu- oder Absorptionsverhalten bzw. Fluoreszenzverhalten aufweisen, wobei bei der Ausnutzung der Fluoreszenz auch die Möglichkeit der sogenannten Fluorescence resonance energy transfer (kurz FREI) Anwendung finden können.there the markers to be inserted are to be selected so that these recorded and resolved with the measuring method used can be. For measurement with an OCT method would be markers of the order of 5 microns up to the 1/10 mm range makes sense. In addition, the Marker a suitable scattering or absorption behavior or fluorescence behavior in the exploitation of fluorescence also the possibility of so-called fluorescence resonance energy transfer (short FREI) application can find.
Vorzugsweise weisen die externen Marker eine Kugelform definierter Größe auf. Dies hat den Vorteil, dass der externe Marker in allen Bildern, unabhängig von der Orientierung der Struktur als kreisrundes Objekt zu erkennen ist. Durch die definierte Größe wird das Erkennen von Abbildungsfehlern noch verbessert. Unter Berücksichtigung von Brechzahl und Dispersion ist beispielsweise die Verwendung von Latexkügelchen denkbar.Preferably the external markers have a spherical shape of defined size on. This has the advantage that the external marker in all images, regardless of the orientation of the structure as a circular Object is recognizable. Due to the defined size the recognition of aberrations is further improved. Considering of refractive index and dispersion is, for example, the use of Latex beads conceivable.
Unter externen Markern oder auch molekularen Markern sind in der Molekularbiologie Stoffe zu verstehen, die eindeutig identifizierbar sind und deren Ort im Genom bekannt sind. Die Marker werden dazu so gentechnisch eingebaut, angelagert oder zugegeben, dass ihre Anwesenheit in einem Organismus leicht erkannt werden kann. Die Erkennbarkeit kann dabei durch Verbindung derartiger Marker mit Genen, die durch Fluoreszenz erkennbar sind, verbessert werden.Under External markers or even molecular markers are in molecular biology Understand substances that are clearly identifiable and their Place in the genome are known. The markers are so genetically engineered built in, attached or added to their presence in one Organism can be easily recognized. The recognizability can thereby by linking such markers to genes generated by fluorescence can be improved.
Vorzugsweise sich die externen Marker in den gewünschten Medien des Auges nur für eine Mindestmesszeit verfügbar und bauen sich ohne Komplikationen und Nebenwirkungen im Körper ab und sind bioverträglich.Preferably the external markers in the desired media of the Eye only available for a minimum measuring time and Build without complications and side effects in the body and are biocompatible.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung werden die lokalen Tiefen- bzw. A-Scans dazu verwendet, Augenbewegungen zu detektieren und oder auszugleichen. Dazu wird in den Einzelbildern der lokalen Tiefen- bzw. A-Scans ein und dasselbe Geometriemerkmal einer Struktur ausgewählt. Zur Detektion von Augenbewegungen wird kontrolliert, ob sich das Geometriemerkmal in den Ein zelbildern an der gleichen Stelle befindet, denn dies ist nur der Fall, wenn keine Augenbewegung stattgefunden hat.In In another advantageous embodiment, the local depth or A-scans used to detect eye movements and or compensate. For this purpose, in the individual pictures of the local depth or A-scans one and the same geometry feature of a structure selected. For the detection of eye movements, it is checked whether the Geometry feature in the single images located in the same place, because this is only the case if no eye movement occurred Has.
Zum Ausgleich von Augenbewegungen werden die Einzelbilder der lokalen Tiefen- bzw. A-Scans so übereinander gelegt, dass sich die Geometriemerkmale decken. Dadurch kann die Genauigkeit der Bestimmung von absoluten Größen am Auge auch in laterale Richtung noch verbessert werden.To the Compensation of eye movements become the frames of the local Depth and A scans are superimposed on each other cover the geometry features. This can improve the accuracy of the determination from absolute sizes on the eye also in lateral Direction to be improved.
Zusätzlich zu dieser Ausgestaltung kann das Verfahren dazu verwendet werden, Gefäßverläufe zu detektieren, indem die Einzelbilder der lokalen Tiefen- bzw. A-Scans von ein und demselben Gefäß übereinander gelegt werden und zwar, ohne dass diese gegeneinander verschoben werden. Aus dem ermittelten Gefäßverlauf lässt sich der kleinste Querschnitt detektieren.additionally to this embodiment, the method can be used To detect vessel courses by the Single images of the local depth or A-scans of one and the same Vessel are placed one above the other and indeed, without these being shifted against each other. From the determined Vascular history can be the smallest Detect cross section.
Des Weiteren ist es möglich für den aus den lokalen Tiefen- bzw. A-Scans ermittelten Gefäßverlauf ein mittleres Verhältnis zwischen lateraler und axialer Ausdehnung des Gefäßes zu bestimmen. Aus diesem Größenverhältnis kann abgeleitet werden, ob eine Kalibrierung mit hoher Wahrscheinlichkeit erforderlich ist.Of Furthermore, it is possible for those from the local Depth or A-scans determined vessel course an average ratio between lateral and axial To determine expansion of the vessel. For this Size ratio can be derived whether a calibration is required with high probability.
So können beispielsweise nach einem, ringförmig um die Papille erfolgten Scan die oberflächennahen Gefäße im Umkreis um die Papille auf diese Verhältnis untersucht werden, wobei Verhältnisse zwischen lateraler und axialer Ausdehnung von kleiner 1 darauf schließen lassen, dass eine Kalibrierung noch erforderlich ist.So For example, after a ring around The papilla was scanned the near-surface vessels around the papilla examined for this ratio be, where ratios between lateral and axial Expansion of less than 1 suggests that a calibration is still required.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung können die ermittelten lokalen Skalierungsfaktoren und/oder die daraus bestimmten 2D- oder 3D-Darstellungen der Medien eines Auges mit absoluten Messwerte in alle Richtungen, auf andere ophthalmologische Systeme übertragen werden.In a particularly advantageous embodiment, the determined local scaling factors and / or determined therefrom 2D or 3D representations of the media of an eye with absolute readings in all directions, to other ophthalmic systems become.
Werden beispielsweise die absoluten Messdaten lokaler Tiefen- bzw. A-Scans auf der Basis eines OCT-Verfahrens dazu benutzt, lokale Skalierungsfaktoren und/oder 2D- oder 3D-Darstellungen der Medien eines Auges mit absoluten Messwerten in alle Richtungen zu ermitteln, so können diese auch dazu verwendet werden, eine Funduskamera für Messungen bzw. Bilder zu skalieren um so eine absolute Funduskamerakalibrierung in laterale Richtung an diesem Auge zu erreichen.Become For example, the absolute measurement data of local depth or A-scans used on the basis of an OCT method, local scaling factors and / or 2D or 3D representations of the media of an eye with absolute To determine measured values in all directions, they can also be used to create a fundus camera for measurements or images to scale so as an absolute Funduskamerakalibrierung in lateral direction to reach this eye.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine Lösung zur Verfügung gestellt, mit der die Nachteile des bekannten Standes der Technik behoben werden, so dass eine absolute Bestimmung von Größen am Auge auch in laterale Richtung mit hoher Genauigkeit erfolgen kann und die biometrischen, zwei- oder auch dreidimensionalen Darstellungen auf absoluten, fehlerfreien Messwerten basieren.With the method according to the invention becomes a solution provided with the disadvantages of the known Prior art be remedied so that an absolute determination of sizes on the eye also in the lateral direction with high accuracy can be done and the biometric, two- or also three-dimensional representations on absolute, error-free Measurements are based.
Dabei werden absolute Tiefenscans der optischen Biometrie sowie bekannte Merkmale von Strukturen am Auge verwendet, um die Absolutmessung auch für die laterale Richtung zu gewährleisten. Hierfür werden lokale Skalierungsfaktoren bestimmt, die die individuellen, optischen Fehler des menschlichen Auges beschreiben.there are absolute depth scans of optical biometry as well as well-known Features of structures on the eye used to measure the absolute also to ensure the lateral direction. Therefor local scaling factors are determined which are the individual, Describe optical errors of the human eye.
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